Przez Joncer Naibaho
Każdego roku przetwórstwo owoców morza generuje ogromne ilości odpadów. W produkcji krewetek tylko około 40% biomasy nadaje się do spożycia, co pozostawia miliony ton skorup jako produktów ubocznych. Skorupy te zawierają jednak cenne związki, takie jak chityna, którą można przekształcić w chitozan – biopolimer szeroko stosowany w przemyśle opakowań spożywczych, materiałach biomedycznych oraz w zastosowaniach związanych z ochroną środowiska.
Jednakże efektywna produkcja chitozanu może stanowić wyzwanie, ponieważ konwencjonalne metody ekstrakcji obejmują kilka czasochłonnych i energochłonnych etapów, w tym suszenie, mielenie i obróbkę chemiczną. Nasze ostatnie badanie zbadało, w jaki sposób poddanie obróbce wstępnej skorupek krewetek przed ekstrakcją, w połączeniu z przetwórstwem wspomaganym ultradźwiękami, może poprawić zarówno wydajność, jak i jakość produktu.
Dlaczego obróbka wstępna ma znaczenie
Skorupki krewetek zawierają minerały takie jak węglan wapnia, a także białka i pozostałości mięsa związane z macierzą chitynową. Te składniki mogą spowalniać suszenie i komplikować ekstrakcję chityny.
Aby temu zaradzić, dwie strategie wstępnego traktowania zostały indywidualnie przetestowane na świeżych skorupkach krewetek:
- Moczenie w kwasie octowym – pomoc w rozpuszczaniu minerałów i osłabianiu struktury skorupki
- Enzymatyczne wstępne traktowanie wspomagane pepsyną – pomoc w rozkładzie pozostałych białek i przylegającego mięsa
Te zabiegi pomogły usunąć zanieczyszczenia i częściowo rozpuścić minerały, ułatwiając przetwarzanie struktury skorupy w kolejnych etapach.
Szybsze suszenie i niższe zużycie energii
Obróbka wstępna miała wyraźny wpływ na etap suszenia. Skorupki krewetek bez obróbki wstępnej potrzebowały około 22 godzin na wyschnięcie, podczas gdy obróbka wstępna skróciła czas suszenia do 20 godzin z kwasem octowym i do 15 godzin z pepsyną.
Ponieważ macierz łupin stała się mniej zwarta po wstępnej obróbce, woda łatwiej odparowywała. W rezultacie energia potrzebna do suszenia zmniejszyła się z 0,498 kWh do 0,392 – 0,331 kWh na 100 g łupin po wstępnej obróbce.
Obrabiane skorupy były również bardziej kruche, co ułatwiało ich młócenie i zmniejszało zapotrzebowanie na energię mechaniczną podczas młócenia.
Ulepszanie ekstrakcji chitozanu za pomocą ultradźwięków
Po wstępnym przygotowaniu i suszeniu chitozan ekstrahowano w drodze demineralizacji, depoteinizacji i deacetylacji. Technologię ultradźwiękową zastosowano podczas pierwszych dwóch etapów w celu zwiększenia efektywności ekstrakcji, jak zilustrowano poniżej.
Ultradźwięki generują mikroskopijne pęcherzyki kawitacyjne, które gwałtownie zapadają się, pomagając w rozpadzie struktur biologicznych i poprawiając transport masy. Zastosowanie ultradźwięków skróciło czas kluczowych etapów ekstrakcji do około 30 minut, co jest znacznie szybciej niż w wielu konwencjonalnych metodach.
Produkcja chitozanu o wysokiej czystości
Obróbka wstępna przyczyniła się również do poprawy jakości produktu końcowego. Chitozan uzyskany z poddanych obróbce wstępnej skorup charakteryzował się bardzo wysoką czystością (do ~99,9%), a także pożądanymi właściwościami, takimi jak wysoki stopień deacetylacji (~95–96%), dobra rozpuszczalność oraz wysoka stabilność termiczna.
Połączenie obróbki wstępnej i ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami oferuje bardziej wydajny sposób przekształcania odpadów ze skorupek krewetek w cenne biomateriały. Takie podejście wspiera gospodarkę obiegu zamkniętego, w której produkty uboczne przetwarzania owoców morza są przekształcane w użyteczne produkty, zamiast być wyrzucane.